一种新型中温耐磨合金钢的研究

刘旭，李亮

中材装备集团有限公司热工分公司于2009年成功自主研发了国内首台中置熟料辊式破碎机，其核心部件中置辊圈采用自主研发的单一合金钢材料制造。公司先开发了中置高温辊式破碎机产品，后开发了尾置辊式破碎机产品，因此前期提供的尾置辊圈都采用了中置辊圈的材料，导致产品成本高，不利于市场的开发。

研发一种适用于尾置熟料辊式破碎机的辊圈材料势在必行。

1　设计思路和要求

2010年开始研发尾置辊圈材料时，要求新材料工况温度在300℃～400℃，使用寿命≮3年。

研发设计方案有两种：

方案一：研发单一合金材料。

方案二：以普通碳素钢为基材，在工作部位堆焊耐磨层。

分析认为，尾置辊式破碎机虽位于冷却机尾端，但块状熟料内部温度仍旧较高，在破碎瞬间依旧会传出一定的热量，尾置辊圈长期在300℃～400℃的工况下工作，是一个中温工况。

方案二采用普通碳素钢+堆焊耐磨层的方式，在300℃～400℃的工况中其氧化会加速，在工作时，堆焊结合层部位剥落风险加大，一旦堆焊层剥落，基体会迅速磨损，导致使用寿命不能满足合同要求。因此，在高温辊圈材料研发的基础上，开发单一新型中温耐磨合金材料是更为可靠的方案。

对于新材料的要求如下：

（1）多点测试硬度均值在45HRC，单点处最低≮40HRC；

（2）满足耐磨硬度指标的同时，具有足够的韧性防止使用过程中开裂，冲击韧性值≮20J/cm2（U型缺口）；

（3）为保证在300℃～400℃的工况温度下能稳定工作，新材料在600℃的高温抗拉试验中，力学性能不可出现急剧衰减现象；

（4）新材料命名为T1006N，使用寿命≮3年。

2　新材料性能[1]

2．1　硬度

采用HR-150A手动洛氏硬度计（天津市永诺仪器有限公司）对辊圈进行硬度测试，取样、现场测试位置见图1，测试结果见表1。

2．2　冲击实验

采用20kg摆锤（300J）对试块进行冲击，分成无缺口、U型缺口两种类型测试试块的冲击吸收功，测试结果见表2。

图1　辊圈取样或现场测试硬度位置示意图

冲击后的试块形貌照片见图2。

表2　T1006N试块的冲击吸收功*

图2　冲击后的试块形貌

表1　T1006N的硬度（油淬+回火的热处理方式）

表3　T1006N的常温抗拉性能

2．3　室温拉伸性能

按照试验标准GB/T 228．1-2010《金属材料拉伸试验第1部分：室温试验方法》，对新材料的力学性能进行测试，结果见表3。

2．4　高温拉伸性能

按照试验标准GB/T 4338-2006《金属材料高温拉伸试验方法》，对新材料的力学性能进行测试，结果见表4。用于高温力学性能测试的拉伸仪和保温箱的形貌见图3。

表4　T1006N的高温抗拉性能

图3　高温力学性能测试拉伸仪和保温箱的形貌图

3　结语

（1）T1006N的硬度性能达到设计要求的均值45HRC、最低值≮40HRC的指标。

（2）T1006N的U型缺口试样的冲击韧性为21．25J/cm2，达到设计要求 25J/cm2，同时无缺口试样的冲击韧性为166J/cm2，试样开裂前发生明显弯曲，具有良好韧性。

（3）室温和高温力学性能数据显示，该材料性能匹配良好，并且在600℃时抗拉强度没有出现急剧衰弱的现象，完全能够满足300℃～400℃的工况要求。

（4）该材料从2011年投入使用至今，实际使用时间已超过3年，高于设计寿命。

参考文献：

[1]中国机械工程学会铸造分会．铸造手册第二版第2卷铸钢[M]．北京：机械工业出版社，2006：543～557．■